alignement des données en C

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Bonjour,

pouvez-vous m'expliquer c'est quoi l'alignement des données en mémoire ?

Je ne comprends pas pourquoi l'adresse doit être aligné avec le type auquel elle appartient. Par exemple un type int ne pourra avoir comme adresse que des multiples de ce type.

ou encore souvent pour représenter le RGB en informatique on le code sur 32 bits pour avoir 8 bits de padding donc RGB(X) et donc être aligné sur la frontière 4 bytes. (d'ailleurs qu'est-ce-que cela veut dire être aligné sur une frontière n bytes ?).

En investiguant le code memchr de la glibc, je me rends compte aussi qu'il aligne l'adresse sur une frontière longword (32 bits).
Code:

1 2 3 4 5 6 7 8 /* Handle the first few bytes by reading one byte at a time. Do this until CHAR_PTR is aligned on a longword boundary. */ for (char_ptr = (const unsigned char *) s; n > 0 && (size_t) char_ptr % sizeof (longword) != 0; --n, ++char_ptr) if (*char_ptr == c) return (void *) char_ptr;
Je suppose qu'ils font cela pour pouvoir travailler sur 4 octets à la fois au lieu de 1 octet.

J'ai vraiment du mal à visualiser l'alignement des données.

Merci de votre réponse.

16/09/2018, 18h06
Kannagi

Ce n'est pas une contrainte du langage C , mais souvent celui du processeur ;)
16/09/2018, 19h30
dalfab
La mémoire est constituée de "mots" auxquels le microprocesseur accède par une "adresse".
Sur les processeurs actuels, un mot est souvent constitué de 64 bits soit 8 octets successifs.
Si un int était à l'adresse 5, donc il serait composé des octets d'adresses 5 6 7 et 8. Pour le lire le processeur devrait accéder à 2 mots (1er en : 0 1 2 3 4 5 6 7 et 2nd en : 8 9 10 11 12 13 14 15) c'est possible mais complexe. La plupart des processeurs imposent donc que certaines données doivent être à des adresses garantissant qu'elles ne seront pas à cheval sur des "mots" mémoire.
D'où le plus souvent :
- char : aucune contrainte par définition
- short : doit être aligné 2
- float : doit être aligné 4
- long long et double : doivent être alignés 8.
- int et long : ça dépend du processeur doivent être alignés 4 ou 8.
16/09/2018, 19h45
foetus

On me corrigera, mais l'alignement intervient lorsqu'on déclare un bloc de variables et en particulier avec une structure.

Le problème c'est la taille finale :mrgreen:. Lorsqu'on définit une structure souvent il faut qu'elle ait la bonne taille dans des contexte comme le réseau, les collections par exemple, et on ne veut pas l'embonpoint dû à l'alignement.
17/09/2018, 08h38
Bktero
Non, l'alignement n'est pas une contrainte uniquement pour les tableaux ou les structures. C'est plutôt l'inverse : pour respecter des contraintes d'alignement (valables même pour une "variable simple"), le padding apparait dans les structures.

A noter aussi que certains processeurs interrompent le programme en cas d'accès non alignés. Par un exemple sur un ARM Cortex-M0, un code comme celui-ci peut ou pas planter, selon comment array aura été aligné :
Code:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 void process(void* array) { int* p = (int*) array; *p = 666; // boum potentiel! } int main(void) { char array[71]; process(array); }
17/09/2018, 13h08
bewwys
Ok, donc en résumé l alignement des données est une contrainte du cpu, ça garanti de pouvoir accéder aux données en une fois et donc de s'assurer que les données ne se trouvent pas a cheval sur un autre mot.
Citation:
Envoyé par Bktero

Non, l'alignement n'est pas une contrainte uniquement pour les tableaux ou les structures. C'est plutôt l'inverse : pour respecter des contraintes d'alignement (valables même pour une "variable simple"), le padding apparait dans les structures.

A noter aussi que certains processeurs interrompent le programme en cas d'accès non alignés. Par un exemple sur un ARM Cortex-M0, un code comme celui-ci peut ou pas planter, selon comment array aura été aligné :

Code:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 void process(void* array) { int* p = (int*) array; *p = 666; // boum potentiel! } int main(void) { char array[71]; process(array); }
Est ce que le compilateur ne peut pas aider a aligner dans ce cas la ?
17/09/2018, 14h09
Sillimon

Citation:

Envoyé par bewwys

Est ce que le compilateur ne peut pas aider a aligner dans ce cas la ?

Je crois bien qu'il le fait. Mais il peut être parfois nécessaire de faire ça manuellement.
17/09/2018, 16h21
Bktero

Dans ce cas-là, non, il ne peut rien faire. Le compilateur n'est pas omniscient non plus et on fait ici quelque chose d'un peu tordu... D'un côté, tu crées une donnée avec ses contraintes d'alignement (ici, aucun, ce sont des char, mais il pourrait y en avoir avec des short, des doubles, etc) ; de l'autre, tu récupères une adresse (par définition, sans contrainte d'alignement) et tu la castes dans un type qui a des contraintes d'alignements, sans vérifier que l'adresse est OK (ici, on pourrait vérifier que l'adresse est multiple de 4). Et le passage de l'un est l'autre est difficile à résoudre à la compilation (en plus, dans le cas où j'ai un tel bug dans un vrai projet, process() était dans une bibliothèque pré-compilée, c'était juste impossible).

Rappelons quand même que quand tu fais int array[71] ou int v, le compilateur s'assure bien évidemment de l'alignement, tu n'as rien à faire !
17/09/2018, 17h52
bewwys

Hmm, ok donc je dois a chaque fois verifier que une add est aligné au bon type qd je cast du void* en int* par exemple.

En gros l alignement est quelque chose dont on doit s attarder qd on code au risque d avoir des penalty sur architecture x86 et pire ca peut crasher un programme sur certains types d architecture
17/09/2018, 19h18
dalfab

Citation:

Envoyé par bewwys

Hmm, ok donc je dois a chaque fois verifier que une add est aligné au bon type qd je cast du void* en int* par exemple.

Quand on caste un pointeur en void*, le cast inverse doit toujours correspondre au type initial, toute autre action doit être vue comme un "Undefined Behaviour".

Citation:

Envoyé par bewwys

En gros l alignement est quelque chose dont on doit s attarder qd on code au risque d avoir des penalty sur architecture x86 et pire ca peut crasher un programme sur certains types d architecture

Il y a pire que le pire : sur certains processeurs ARM, la valeur lue est fausse et il n'y a pas de déclenchement d'exception :aie:

Mais l'erreur d'alignement est toujours due à une énorme bidouille et est donc rarissime en C. J'ai plus souvent vu des problèmes d'erreurs dues à la mauvaise gestion de l'endianness (souvent via un cast entre char* et int*), beaucoup plus subtile à détecter (car se tromper 2 fois, c'est avoir raison :lol: )
18/09/2018, 17h06
Médinoc

Citation:

Envoyé par bewwys

En gros l alignement est quelque chose dont on doit s attarder qd on code au risque d avoir des penalty sur architecture x86 et pire ca peut crasher un programme sur certains types d architecture

C'est même pire que ça sur x86: Le x86 est extrêmement permissif pour ce qui est de l'alignement lors des opérations normales. En revanche, il ne garantit l'atomicité d'une simple lecture que si la variable est alignée (ce qui signifie qu'un int non-aligné peut être lu en deux fois, très mauvais si un autre thread le change entretemps) et si on tente une opération comme une incrémentation atomique sur un entier non-aligné, j'ignore ce qui se passe (je dirais que lancer une exception serait le meilleur des cas).

Là-dessus, on pourrait dire que les architectures qui lancent toujours une exception en cas d'opération non-alignée sont plus sûres... sauf que certains OS traitent l'exception en simulant l'opération comme si de rien n'était, ce qui t'expose aux mêmes risques quant au multithreading...